Электрический метод неразрушающего контроля реферат

Обновлено: 02.07.2024

Методы электрического контроля основаны на регистрации параметров электрических полей (ЭП), пребывающих во взаимодействии с объектами контроля, а также полей, проявляющихся вследствие внешних воздействий на объекты (механических и т. п.).

дефектоскопия (цель – выявление дефектов);
дефектометрия (цель – измерение параметров дефектов);
структуроскопия (цель – выявление неоднородности структуры);
структурометрия (цель – оценка структуры).

Области применения

Электрический контроль применяется для решения ряда задач:

определение характеристик неоднородности металлических поверхностей;
контроль и оценка целостности изоляции, выявление ее пробоев;
сортировка металлических изделий по маркам;
оценка качества сцепления биметаллов и т. п.

Мероприятия в рамках электрического контроля благоприятно влияют на последующее обеспечение эксплуатационной безопасности оборудования, зданий, трубопроводов и других объектов промышленного назначения, в том числе их конструкций. Преимущество электрических методов контроля – возможность выявить дефекты на ранних стадиях, а впоследствии – устранить.

Методы

Виды электрического контроля:

Термоэлектрический. Основан на оценке термо-ЭДС, проявляющейся при контакте заранее нагретого образца с объектом.
Трибоэлектрический. Основан на оценке электрических зарядов в процессе трения материалов.
Электропотенциальный. Разновидность контроля, основанная на оценке распределения потенциалов.
Электроемкостный. Предполагает оценку электрической емкости объекта или его участка. Используется преимущественно при диагностике полупроводников, диэлектриков.
Электроискровой. Способствует выявлению пробоев изоляции и их параметров.
Электростатический порошковый. Разновидность контроля, основанная регистрации полей рассеяния посредством индикаторов (порошки, аэрозоли и т. п.). Аналог магнитопорошкового контроля.
Электропараметрический. Предполагает оценку электрических характеристик объекта. Чаще применяется для диагностики состояния изоляции.
Метод рекомбинационного излучения. Основан на регистрации последнего в полупроводниках.
Метод экзоэлектронной эмиссии. Предполагает регистрацию экзоэлектронов, испускаемых объектом после стимулирующего воздействия.
Метод контактной разности. Основан на оценке разности потенциалов на участках объекта. Предполагает пропускание через эти участки электрического тока.

Инструменты и средства электрического контроля

В целях практической реализации электрического контроля в зависимости от особенностей объектов, их свойств, а также от целей контроля и конкретного метода могут использоваться следующие приборы:

термоэлектрические;
преобразователи;
дефектоскопы (электростатические, искровые и т. п.);
измерители глубины трещин.

Особенности

В процессе проведения электрического контроля ключевым условием является контакт с оцениваемыми объектами. Их поверхности должны быть зачищены, в противном случае возникает вероятность недостоверности результатов контроля.

Соблюдение требований к процедуре и применению средств, инструментов, применяемых в процессе электрического контроля – гарантия высокой точности полученных в результате контроля сведений.

Так, группа методов электрического неразрушающего контроля позволяет выявить дефекты, неоднородности объектов контроля, а также оценить их параметры. Отдельные виды электрического контроля могут использоваться для диагностики трубопроводов, конструкций, полуфабрикатов и т. п. В зависимости от особенностей объектов, поддающихся диагностике, для проведения контрольных мероприятий может потребоваться использование термоэлектрических приборов, дефектоскопов и измерителей.

Электрический контроль дает возможность своевременно выявить различные дефекты и впоследствии заблаговременно устранить их.

Электрический контроль предполагает создание электрического поля внутри исследуемого объекта путем прямого или косвенного воздействия.

В первом случае применяют электрическое возмущение поля спектростатического, постоянного или переменного стационарного тока.
Во втором – возмущения неэлектрического происхождения (термические, механические).

Показатели взаимодействия электрического поля с исследуемым объектом, а также изменения, возникающие в объекте в результате прямого или косвенного внешнего воздействия, постоянно фиксируются и сравниваются с такими исходными характеристиками, как емкость и потенциал.

Принцип действия электрического контроля

Стандарт ГОСТ 25315-82 определяет разнообразие методов электрического НК, суть которых наиболее наглядно отражает электропотенциальная разновидность, предусматривающая четкую регистрацию и анализ падения потенциала. С этой целью исследуемый участок вводится в электростатическое поле, чтобы определить искомые характеристики материала по его обратной реакции на источник данного поля.

Этим источником является электрический конденсатор, одновременно исполняющий роль электроемкостного преобразователя (ЭП). Изменение интегральных параметров ЭП, характеризующих емкостные свойства и диэлектрические потери, являются проявлениями обратной реакции и изначальными информативными показателями электро дефектоскопии.

Алгоритм выполнения

К проверяемому предмету присоединяется источник электрического напряжения.
Возникающее электрическое поле, обладает точками с одинаковым потенциалом, создающими эквипотенциальные линии.
На поврежденном участке значительно снижается сила напряжения, измеряемая с помощью электродов.
Полученная информация обрабатывается, и на основе ее анализа определяются габариты, ключевые параметры выявленных разрушений и генерируются способы его устранения.
Составляется отчетность, содержащая выводы о соответствии требованиям техдокументации и возможности дальнейшего использования проверяемого объекта.

Электрический контроль не ограничивается электропотенциальной разновидностью и включает в себя множество других щадящих методов:

искровый, направленный на диагностику состояния изоляционного покрытия;
параметрический – количественная оценка состояния изоляционного покрытия;
емкостный, контролирующий стандарты полупроводников и диэлектриков;
термический, контролирующий химсостав материалов;
электронной эмиссии, направленной на изучение микрокристаллических поверхностей;
электростатического порошка – действует аналогично магнитопорошковому методу.

Ключевыми минусами ЭМК являются:

обязательность контакта с объектом проверки;
тщательность очищения исследуемой поверхности;
проблемы с автоматизацией процесса измерения;
взаимосвязь результатов с состоянием окружающей среды.

Проведение аттестации и обучение специалистов по неразрушающему контролю

Где и зачем применяются?

Методы электрического контроля, востребованные в машиностроении, нефтегазовой и других отраслях промышленности, позволяют оценивать целостность поверхностных слоев и решать многочисленные практические задачи:

Определять глубину несплошностей на металлических поверхностях, обнаруженных ранее с помощью других методов НК (применение электропотенциальной дефектоскопии).
Контролировать и оценивать целостность изоляционных покрытий посредством применения электроемкостной и электроискровой разновидностей.
Выявлять сквозные пробои изоляции.
Сортировка металлов по маркам с помощью электрохимического, электроиндуктивного или термоэлектрического метода.
Измерение толщины гальванического покрытия до 30 мм, количественно-качественная оценка сцепления биметаллов, выявление повреждений металлических слитков и экспресс-анализ стали (электротермический метод).
Выявление несплошностей в поверхностных слоях неметаллических изоляционных покрытий (электростатический метод).

Проведение мероприятий ЭК повышает эксплуатационную безопасность оборудования ОПО, зданий, магистральных трубопроводов и прочих промышленных объектов, поскольку позволяет выявлять отклонения на ранних стадиях и путем их устранения предотвращать возникновение возможных аварийных ситуаций.

Устройства электрического НК

Электроизмерительные приборы регулируются ГОСТ 25315-82, которым предусматривается применение:

Электрических преобразователей, конструктивно зависимых от агрегатного состояния контролируемой среды. При наиболее сложном жидком или газообразном состоянии выбор устройства осуществляется в соответствии с такими критериями, как его пропускная способность и характер взаимодействия среды с электродами.
Измерители состава и структуроскопы применяются для определения состава и структуры проверяемого материала по значениям диэлектрической проницаемости, коэффициенту или тангенсу угла потерь.
Электропотенциальные приборы, основанные на измерении разности потенциалов на проверяемом участке, когда через него пропускается ток, они применяются для измерения поверхностных пустот и трещин глубиной до 120 мм.
Термоэлектрические устройства, используемые в сортировке изделий по маркам стали, экспресс-анализе металлов в процессе плавки или в слитках, измерении толщины гальванического покрытия, изучении механизмов усталости металлов.
Электроискровые, электростатические и трибоэлектрические дефектоскопы, контролирующие сплошности диэлектрических материалов и покрытий трубопроводов.

Соблюдение требований, предъявляемых к применению методов и средств электрического контроля, гарантирует достоверность и точность результатов.

Как уже говорилось в предыдущей главе, электрические методы основаны на создании в контролируемом объекте электрического поля либо непосредственным воздействием на него электрическим возмущением (например, полем постоянного или переменного тока), либо косвенно с помощью воздействия возмущениями неэлектрической природы (например, тепловым, механическим и др. В качестве первичного информативного параметра используются электрические характеристики объекта контроля.

В качестве источника поля применяют электрический конденсатор, который является одновременно и первичным электроёмкостным преобразователем (ЭП), так как осуществляет преобразование физических и геометрических характеристик объекта контроля в электрический параметр.

Следует отметить, что информативные параметры ЭП зависят также от его конструкции и электрических характеристик среды, в которую помещен объект контроля. Первое обстоятельство учитывается при оптимизации конструкции ЭП, второе обычно является причиной возникновения мешающих контролю факторов.

По назначению электроемкостные методы контроля могут быть классифицированы на три группы:

1. измерение параметров состава и структуры материала,

2. определение геометрических размеров объекта контроля,

3. контроль влажности.

Влажность измеряется с помощью влагомеров. Выделение этого метода в отдельную группу объясняется, во-первых, наиболее широким применением ЭМК для контроля влажности, а во-вторых, рядом особенностей контроля, обусловленных влиянием видов влаги на свойства материалов. Так, если вода входит в состав материала как свободная (гигроскопическая), то ее относительная диэлектрическая проницаемость е = 80, в то время, как для воды, абсорбируемой в виде монослоя, е = 2,5.

Конструкция ЭП зависит от объекта контроля и в первую очередь от агрегатного состояния исследуемой среды (твердая, жидкая, газообразная). Наиболее сложную задачу представляет контроль твердых материалов, так как жидкие и газообразные среды могут принимать любую форму, и конструкцию ЭП в данных случаях выбирают на основании условий обеспечения наибольшей точности измерения, разрешающей способности метода, его пропускной способности, характера взаимодействия среды с электродами и т.п.

В случае контроля твердых сплошных материалов конструкцию ЭП определяет Б первую очередь условие обеспечения неразрушающего контроля, часто при одностороннем доступе к поверхности изделия. Для решения такого рода задач применяют накладные ЭП, электроды которых расположены на одной стороне поверхности объекта контроля или непосредственно на поверхности контролируемого объекта или в непосредственной близости от него.

Приборы для измерения состава и структуры материалов

Принцип действия приборов для измерения состава и структуры материалов основан на определении исследуемых характеристик состава и структуры материала по его электрическим параметрам (диэлектрической проницаемости и коэффициенту диэлектрических потерь). В энергетике такие методы применяются достаточно широко, особенно для кабельных линий.

В настоящее время созданы приборы для измерения толщины неметаллических покрытий (например, лакокрасочных, пластмассовых и др.) на проводящей основе независимо от электрических свойств покрытия и основания материала. Эти приборы, по существу, измеряют расстояние между накладным ЭП и проводящей поверхностью.

Электропотенциальные приборы

Работа электропотенциальных приборов основана на прямом пропускании тока через контролируемый участок и измерении разности потенциалов на определенном участке или регистрации искажения электомагнитного поля, обусловленного обтеканием дефекта током. Приборы, основанные на измерении разности потенциалов. При пропускании через электропроводящий объект тока в объекте создается электрическое поле.

Рисунок 20 – Распределение эквипотенциальных линий

Геометрическое место точек с одинаковым потенциалом составляет эквипотенциальные линии (рис. 20). На рисунке показано распределение эквипотен-циальных линий при отсутствии (рис. 20, а) и наличии дефекта (рис. 20, б). Разность потенциалов зависит от трех факторов: удельной электрической проводимости о, геометрических размеров (например, толщины) и наличия поверхностных трещин.

Приборы, основанные на регистрации искажения электромагнитного поля

В практике неразрушающего контроля находят применение приборы, работа которых основана на регистрации искажения силовых линий вектора плотности тока, обусловленного дефектом. Приборами регистрируется поперечная составляющая вектора плотности тока, которая в бездефектном участке изделия отсутствует.

Термоэлектрические приборы

Приборы неразрушающего контроля, основанные на термоэлектрическом методе, находят применение при сортировке деталей по маркам сталей, для экспресс-анализа стали и чугуна непосредственно в ходе плавки и в слитках, определения толщин гальванических покрытий, измерения глубины закаленного слоя исследования процессов усталости металла. Источником информации о физическом состоянии материала при термоэлектрическом методе неразрушающего контроля является термо-ЭДС, возникающая в цепи, состоящей из пары электродов (горячего и холодного) и контролируемого металла.

дефектоскопия (цель – выявление дефектов);
дефектометрия (цель – измерение параметров дефектов);
структуроскопия (цель – выявление неоднородности структуры);
структурометрия (цель – оценка структуры).